混凝土结构设计原理ch2混凝土课件

,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,混凝土结构设计原理,第,2,章 混凝土结构用材料的性能,TY 2013,昆明理工大学建工学院,强度等级用符号,C,表示，如：,C30,表示,f,cu,k,=30N/mm,2,（,30MPa),规范,根据强度范围，从,C15C80,共划分为,14,个强度等级，级差为,5N/mm,2,。,C50,以上为高强混凝土。,1.2.2,混凝土的强度性能,混凝土结构中，主要利用它的抗压强度。因此抗压强度是混凝土力学性能中最主要和最基本的指标。,混凝土的强度等级用立方体抗压强度来划分。用边长,150mm,立方体标准试件，在标准条件下（,203,，,90%,湿度）养护,28,天，用标准试验方法（加载速度,0.30.5N/(mm,2,sec),，两端不涂润滑剂）测得的具有,95%,保证率的立方体抗压强度。,150,150,150,混凝土的抗压强度 ,混凝土强度等级,（立方体抗压强度,f,cu,k,）,强度等级用符号C表示，如：1.2.2混凝土的强度性能,1,不同的试验方法对,f,cu,k,有较大的影响。,承压板与试件间不涂油，由于摩擦力形成“箍”的作用，试验强度偏高。,承压板与试件间涂油，“箍”的作用减小，试验强度偏低。,试验方法和非标试件的强度折算,不涂油,涂油,不同的试验方法对fcu,k有较大的影响。承压板与试件间涂,2,非标准试件的强度折算：,=0.95,=1.05,边长,=150,边长,=100,边长,=200,=1.0,非标准试件的强度折算：=0.95=1.05边,3,美国、日本、加拿大等国家，采用圆柱体（直径,150mm,，高,300 mm,）标准试件测定的抗压强度来划分强度等级，符号记为,f,c,。,圆柱体强度与我国标准立方体抗压强度的换算关系为，,立方体和圆柱体抗压试验都不能代表混凝土在实际构件中的受力状态，只是用来在同一标准条件下比较混凝土强度水平和品质的标准（制作、测试方便）。,美国、日本、加拿大等国家，采用圆柱体（直径150m,4,轴心抗压强度采用棱柱体试件测定，用符号,“,f,c,”,表示。,轴心抗压强度,f,c,（棱柱体强度）,实际工程中混凝土的制作、养护差；,混凝土的长期强度比短期强度低；,150,150,300,实际混凝土强度与试块混凝土强度的修正系数,脆性折减系数,棱柱体强度与立方体强度之比值,轴心抗压强度采用棱柱体试件测定，用符号 “f,5,实际混凝土强度与试块混凝土强度的修正系数,脆性折减系数,棱柱体强度与立方体强度之比值,混凝土强度,等级,C40,C45,C50,C55,C60,C65,C70,C75,C80,c1,0.76,0.76,0.76,0.77,0.78,0.79,0.80,0.81,0.82,c2,1.00,0.984,0.968,0.951,0.935,0.919,0.903,0.887,0.87,c1,和,c2,值,实际混凝土强度与试块混凝土强度的修正系数脆性折减系数 棱柱体,6,混凝土抗拉强度用符号,f,t,表示。构件开裂、裂缝、变形，以及受剪、受扭、受冲切等的承载力均与抗拉强度有关。,2.,轴心抗拉强度,f,t,500,150,150,100,16,轴心受拉试验,轴心抗拉强度与立方体抗压强度的折算系数,试验离散性的影响系数,混凝土抗拉强度用符号 ft 表示。构件开裂、裂缝、变,7,混凝土的轴心抗拉强度远小于抗压强度。一般为,（,1/8,1/20,）,f,c,u,，且与,f,c,u,不成线性关系。,f,c,u,越大，,f,t,/,f,c,u,值越小，两者关系见图及公式。,0,10,20,30,40,50,60,70,80,90,100,1,2,3,4,5,6,f,t,f,cu,轴心受拉强度与立方体强度间的换算关系,混凝土的轴心抗拉强度远小于抗压强度。一般为（1/,8,劈拉试验,P,a,P,拉,压,压,由于轴心受拉试验对中困难，也常常采用立方体或圆柱体劈拉试验测定混凝土的劈裂抗拉强度,劈拉试验PaP拉压压 由于轴心受拉试验对中困难，也常,9,f,c,f,cu,?,不涂润滑剂,涂润滑剂,3.,混凝土破坏机理,试件承压面不涂润滑剂，横向变形受承压面上的摩擦力约束，处于三向受压应力状态。立方体试件由于高宽比小，所受影响较大，棱柱体试件高宽比较大，中部变形不受约束，基本处于单向均匀受压，故抗压强度低于立方体试件。所以，当混凝土的横向变形受到约束，其抗压强度可以得到提高。原因与混凝土的破坏机理有关。,fc fcu ?不涂润滑剂涂润滑剂3. 混凝土破坏机,10,试验证实了混凝土在受力前就存在初始微裂缝，都出现在较大粗骨料的界面开始受力后直到极限荷载，混凝土内的微裂缝逐渐增多和扩展，可以分作,3,个阶段：,max,=0.85,max,=0.65,max,粘结裂缝,=0,用,X,光观测的混凝土单轴受压的裂缝过程,混凝土内部的破坏过程,试验证实了混凝土在受力前就存在初始微裂缝，都,11,max,=0.85,max,=0.65,max,粘结裂缝,=0,用,X,光观测的混凝土单轴受压的裂缝过程,混凝土内部的破坏过程,1.,微裂缝相对称定期（,/,max,0.3,0.5,）,这时混凝土的压应力较小，虽然有些微裂缝的尖端因应力集中而沿界面略有发展，也有些微裂缝和间隙因受压而有些闭合，对混凝土的宏观变形性能无明显变化。,即使荷载的多次重复作用或者持续较长时间，微裂缝也不致有大发展，残余变形很小。,max=0.85max=0.65max粘结裂缝=,12,max,=0.85,max,=0.65,max,粘结裂缝,=0,用,X,光观测的混凝土单轴受压的裂缝过程,混凝土内部的破坏过程,2.,稳定裂缝发展期（,/,max,0. 75,0. 9,）,混凝土在高应力作用下，粗骨料的界面裂缝突然加宽和延伸，水泥砂浆中的已有裂缝也加快发展，并和相邻的粗骨料界面裂缝相连。这些裂缝逐个连通，构成大致平行于压应力方向的连续裂缝。,这一阶段的应力增量不大，而裂缝发展迅速，变形增长大。即使应力维持常值，裂缝仍将继续发展，不再能保持稳定状态。,纵向的通缝将试件分隔成数个小柱体，承载力下降而导致混凝土的最终破坏。,max=0.85max=0.65max粘结裂缝=,14,4.,复杂应力下混凝土的受力性能,双轴应力状态,Biaxial Stress State,双向受压强度大于单向受压强度，,最大受压强度发生在两个压应力之比为,0.3 0.6,之间，约为（,1.251.60,）,f,c,。双轴受压状态下混凝土的应力,-,应变关系与单轴受压曲线相似，但峰值应变均超过单轴受压时的峰值应变（,象限） 。,混凝土双轴受力强度,1,/,f,t,-1.2 -1.0 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0,-0.2,-0.4,-0.6,-0.8,-1.0,-1.2,2,/,f,t,1,1,2,2,1/,f,c,2/,f,c,4. 复杂应力下混凝土的受力性能双轴应力状态 Biaxia,15,复杂应力下混凝土的受力性能,双轴应力状态,Biaxial Stress State,一轴受压一轴受拉状态下，任意应力比情况下均不超过其相应单轴强度。,并且抗压强度或抗拉强度均随另一方向拉应力或压应力的增加而减小（,、,象限）。,混凝土双轴受力强度,1,/,f,t,-1.2 -1.0 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0,-0.2,-0.4,-0.6,-0.8,-1.0,-1.2,2,/,f,t,1,1,2,2,1/,f,c,2/,f,c, 复杂应力下混凝土的受力性能双轴应力状态 Biaxial,16,复杂应力下混凝土的受力性能,双轴应力状态,Biaxial Stress State,在双轴受拉状态下，则不论应力比多大，抗拉强度均与单轴抗拉强度接近,（,象限）。,混凝土双轴受力强度,1,/,f,t,-1.2 -1.0 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0,-0.2,-0.4,-0.6,-0.8,-1.0,-1.2,2,/,f,t,1,1,2,2,1/,f,c,2/,f,c, 复杂应力下混凝土的受力性能双轴应力状态 Biaxial,17,混凝土的抗剪强度：,随拉应力增大而减小,随压应力增大而增大,当压应力在,0.6,f,c,左右时，抗剪强度达到最大；,压应力继续增大，则由于内裂缝发展明显，抗剪强度将随压应力的增大而减小。,混凝土在法向应力和剪应力的作用下得复合强度,/,f,c,剪压,纯剪,轴拉,-0.1 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0,/,f,c,轴压,混凝土在法向应力和剪应力的作用下的复合强度,混凝土的抗剪强度：随拉应力增大而减小混凝土在法向应,18,9,8,7,6,5,4,3,2,1,200,150,100,50,（,b,）,1,与,2,的关系,1,/,f,c,0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5,1,2,/ Mpa,0 0.005 0.015 0.025,0.010 0.020,2,=50Mpa,35Mpa,10Mpa,0,1,=,f,c,+4,2,2,2,1,(a),三向受压,1,-,1,关系,2,/,f,c,圆柱体三向受压试验,1,三轴应力状态,Triaxial Stress State,三轴应力状态有多种组合，实际工程遇到较多的螺旋箍筋柱和钢管混凝土柱中的混凝土为三向受压状态。三向受压试验一般采用圆柱体在等侧压条件进行。,9200（b）1与2的关系1/ f c0 0.,19,三轴应力状态,Triaxial Stress State,我国,规范,规定，在三轴受压应力状态下，,混凝土的抗压强度（,f,3,）可根据应力比,1,/,3,按图插值确定，其最高强度值不宜超过单轴抗压强度的,5,倍。,螺旋箍筋,=0.8,f,c,=,f,c,矩形箍筋,2,/,3,1,/,3,=0.05,1,/,3,=0.10,1,/,3,=0.15,1,/,3,=0.20,1,/,3,=0.25,1,/,3,=0.3,5.0,3.9,3.0,2.3,1.8,1.4,1.2,5.0,4.0,3.0,2.0,1.0,0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0,1,/,3,=0,-,f,3,/,f,c,*,配螺旋箍筋柱体试件的应力,-,应变曲线,混凝土的三轴抗压强度,三轴应力状态 Triaxial Stress State,20,三轴应力状态,Triaxial Stress State,对于纵向受压混凝土，如采用螺旋箍筋柱、钢管混凝土柱能有效约束混凝土的侧向变形，不仅可提高混凝土强度，也可显著增加混凝土变形能力，有利于提高混凝土结构的抗震性能。,螺旋箍筋,=0.8,f,c,=,f,c,矩形箍筋,2,/,3,1,/,3,=0.05,1,/,3,=0.10,1,/,3,=0.15,1,/,3,=0.20,1,/,3,=0.25,1,/,3,=0.3,5.0,3.9,3.0,2.3,1.8,1.4,1.2,5.0,4.0,3.0,2.0,1.0,0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0,1,/,3,=0,-,f,3,/,f,c,*,配螺旋箍筋柱体试件的应力,-,应变曲线,混凝土的三轴抗压强度,三轴应力状态 Triaxial Stress State,21,2.2.3,混凝土的变形性能,测试方法：,用棱柱体或圆柱体，加装伺服装置的压力机。,这时 试件中部处于纯压状态，可反映混凝土的实际变形。在试件中部设置应变计，据所施加的压力和量测的应变可得出,-,关系曲线。,与荷载无关的变形性能（体积变形）,混凝土的变形性能,与荷载有关的变形性能,2.2.3.1,与荷载有关的变形性能,1.,单轴（单调）受压应力,-,应变关系,Stress- strain Relationship,混凝土单轴受压应力,-,应变关系,破坏点,F,临界点,f,c,B,D,s,c,e,cp,c,A,ce,E,0,cu,0.8,C,0.3,o,峰值点,拐点,收敛点,比例极限,2.2.3混凝土的变形性能 测试方法：用棱柱体或圆柱体，加,22,混凝土结构设计原理ch2混凝土课件,23,混凝土单轴受压应力,-,应变关系,破坏点,F,临界点,f,c,B,D,s,c,e,cp,c,A,ce,E,0,cu,0.8,C,0.3,o,峰值点,拐点,收敛点,比例极限,2.,-,关系曲线描述,c,（,0.3,0.4,）,f,c,线弹性、变形可恢复、微裂缝无发展。,曲线逐渐变弯曲，为裂缝稳定发展，卸载后，变形不能全部恢复。,内部微裂缝发展贯通。,0.3,f,c,c,0.8,f,c,0.8,f,c,c,f,c, ,上升段,OA,:,AB,:,BC,:,上升段,混凝土单轴受压应力-应变关系破坏点F临界点fcBDsce,24,c,=,f,c,0,0.002,为曲线拐点。破坏发生本质变化的分界点。,cu,=,0.003,0.005,下降段，,C,点,:,D,点,:,E,点,:,当应力达到峰值点,C,后，曲线开始下降。在下降段，曲线渐趋平缓。,为收敛点，裂缝很宽，结构内聚力耗尽，对无侧向约束的混凝土已失去结构意义。,混凝土单轴受压应力,-,应变关系,破坏点,F,临界点,f,c,B,D,s,c,e,cp,c,A,ce,E,0,cu,0.8,C,0.3,o,峰值点,拐点,收敛点,比例极限,上升段,下降段,2.,-,关系曲线描述,c= fc 00.002 为曲线拐点。破坏发生本,25,不同强度混凝土的,应力应变关系曲线,强度等级越高，线弹性段越长，峰值应变也有所增大。但高强混凝土中，砂浆与骨料的粘结很强，密实性好，微裂缝很少，最后的破坏往往是骨料破坏，破坏时脆性越显著，下降段越陡。变形小，延性差。,由图可见：,不同强度等级的混凝土，其上升段较陡峭，形状差不多,。,不同强度等级的混凝土，其下降段不一样。低强混凝土，较平缓，表明变形能力大，延性好。,不同强度混凝土的强度等级越高，线弹性段越长，峰值应变也有所,26,规范,混凝土应力,-,应变曲线参数,f,cu,C50,C60,C70,C80,n,2,1.83,1.67,1.5,e,0,0.002,0.00205,0.0021,0.00215,e,u,0.0033,0.0032,0.0031,0.003,规范,应力,-,应变关系,上升段：,下降段：,规范混凝土应力-应变曲线参数fcuC50C60C70C,27,e,p,原点切线模量,Elastic Modulus,割线模量,Secant Modulus,切线模量,Tangent Modulus,3.,混凝土的弹性模量,Elastic Modulus,ep原点切线模量割线模量切线模量3.混凝土的弹性模量 E,28,s,e,0.5,f,c,510,次,ce,cp,弹性模量测定方法,se0.5fc510次 ce cp弹性模量测定方法,29,4.,混凝土受拉应力,-,应变关系,4.混凝土受拉应力-应变关系,30,混凝土在荷载的长期作用下，其变形随时间而不断增长的现象称为徐变。,徐变会使结构（构件）的（挠度）变形增大，引起预应力损失，在长期高应力作用下，甚至会导致破坏。,但徐变有利于结构构件产生内（应）力重分布，降低结构的受力（如支座不均匀沉降），减小大体积混凝土内的温度应力，受拉徐变可延缓收缩裂缝的出现。,与混凝土的收缩一样，徐变也与时间有关。因此，在测定混凝土的徐变时，应同批浇筑同样尺寸不受荷的试件，在同样环境下同时量测混凝土的收缩变形，从徐变试件的变形中扣除对比的收缩试件的变形，才可得到徐变变形。,5.,混凝土的徐变,Creep,不利影响,有利影响,混凝土在荷载的长期作用下，其变形随时间而不断,31,在应力（,0.5,f,c,）作用瞬间，首先产生瞬时弹性应变,e,ela,。随荷载作用时间的延续，变形不断增长，前,4,个月徐变增长较快，,6,个月可达最终徐变的（,7080,）,%,，以后增长逐渐缓慢，,23,年后趋于稳定。这就是混凝土的徐变应变,e,cr,。,徐变与时间的关系,e,t,瞬时弹性应变,徐变变形,收缩变形,残留永久应变,弹性后效,瞬时弹性恢复应变,在应力（0.5fc）作用瞬间，首先产生瞬时弹性应变,32,徐变与时间的关系,e,t,瞬时弹性应变,徐变变形,收缩变形,残留永久应变,弹性后效,瞬时弹性恢复应变,如在时间,t,卸载，则会产生瞬时弹性恢复应变,e,ela,。由于混凝土弹性模量随时间增大，故弹性恢复应变,e,ela,小于加载时的瞬时弹性应变,e,ela,。再经过一段时间后，还有一部分应变,e,ela,可以恢复，称为弹性后效或徐变恢复，但仍有不可恢复的残留永久应变,e,cr,徐变与时间的关系et瞬时弹性应变徐变变形收缩变形残留永久应,33,影响徐变的因素,混凝土的组成材料,，即混凝土的组成和配比。骨料的刚度（弹性模量）越大，体积比越大，徐变就越小。水灰比越小，徐变也越小。,环境影响,，包括养护和使用条件。受荷前养护的温湿度越高，水泥水化作用越充分，徐变就越小。采用蒸汽养护可使徐变减少（,2035,）,%,。受荷后构件所处的环境温度越高，相对湿度越小，徐变就越大。,一般认为：,水泥凝胶体的粘性流动；,微裂缝在长期荷载作用下的发展。,徐变产生的原因,影响徐变的因素一般认为： 水泥凝胶体的粘性流动；徐变产生,34,压应力大小,，是指初应力,s,ela,/,f,c,的水平,，,它是影响徐变的非常主要的因素。,当初应力,s,ela,在,(0.50.8),f,c,范围时，徐变最终虽仍收敛，但最终徐变与初应力,s,ela,不成比例，这种徐变称为,非线性徐变,。,当初应力,s,ela,0.8,f,c,时，混凝土内部微裂缝的发展已处于不稳定的状态，,徐变的发展将不收敛，最终导致混凝土的破坏。,因此，将,0.8,f,c,作为混凝土的长期抗压强度。,当初始应力,s,ela,/,f,c, 0.5,时，徐变值与初应力基本上成正比，这种徐变称为,线性徐变,。,压应力大小，是指初应力sela / fc 的水平 ，它是影,35,混凝土结构设计原理ch2混凝土课件,36,构件的尺寸与形状,构件单位体积的表面积越小，徐变也越小。,加载龄期,在加载时构件的龄期越长，水泥石中结晶体所占比例就越大，胶体的粘性流动相对就越小，徐变也越小。,另外，高强混凝土密实性好，在相同的,s,ela,/,f,c,比值下，徐变比普通混凝土小得多。但由于高强混凝土承受较高的应力值，初始变形较大，故两者总变形接近。此外，高强混凝土线性徐变的范围可达,0.65,f,c,，长期强度约为,0.85,f,c,，也比普通混凝土大一些。,构件的尺寸与形状加载龄期 另外，高强混凝土密实性好,37,混凝土在空气中硬化时体积会缩小,，这种现象称为,混凝土的收缩,。,在水中结硬时体积会膨胀。,收缩是混凝土在不受外力情况下体积变化产生的变形。,当这种自发的变形受到外部（支座）或内部（钢筋）的约束时，将使混凝土中产生拉应力，甚至引起混凝土的开裂。混凝土收缩会使预应力混凝土构件产生预应力损失。,某些对跨度比较敏感的超静定结构（如拱结构），收缩也会引起不利的内力。,2.2.3.2,与荷载无关的变形性能,1.,混凝土的收缩,Shrinkage,混凝土在空气中硬化时体积会缩小，这种现象称为混凝土,38,墙板干燥收缩裂缝与边框架的变形,墙板干燥收缩裂缝与边框架的变形,39,混凝土的收缩是随时间而增长的变形，早期收缩变形发展较快，以后变形发展逐渐减慢，整个收缩过程可延续两年以上。一般情况下，,最终收缩应变值约为,(25)10,-4,，,混凝土开裂应变为,(0.52.7)10,-4,。,产生原因,水泥凝胶体在硬化过程中的凝缩；,混凝土中的游离水蒸发，混凝土产生干缩。,混凝土的收缩是随时间而增长的变形，早期收缩变,40,混凝土的收缩受结构周围的温度、湿度、构件断面形状及尺寸、配合比、骨料性质、水泥性质、混凝土浇筑质量及养护条件等许多因素有关。,水泥用量多、水灰比越大，收缩越大。,骨料弹性模量高、级配好，收缩就小。,干燥失水及高温环境，收缩大。,小尺寸构件收缩大，大尺寸构件收缩小。,高强混凝土收缩大。,影响收缩的因素多且复杂，要精确计算尚有一定的困难。在实际工程中，可采取一定措施减小收缩应力的不利影响,施工缝。,影响因素,混凝土的收缩受结构周围的温度、湿度、构件断面形状及,41,2.,混凝土的温度变形,混凝土,和其它材料一样，也会,热胀冷缩,。,混凝土,的温度线膨胀系数随骨料的性质和配合比不同而略有不同，以每摄氏度计，约为（,1.0,1.5)10,-5,规范,取为,1.0 10,-5,。他与钢的线温度膨胀系数（,1.210,-5,),相近。因此，当温度发生变化时，在,混凝土,和钢筋之间仅引起很小的内应力，不致产生有害的影响。,但是，工程中,混凝土,的温度变形和收缩变形一样，其通常受到结构的某种约束，不能自由变形。这样将在,混凝土,内部产生应力，称为,“强制应力”或“附加应力”,。当这种应力大于,混凝土,的抗拉强度，在,混凝土,结构中将产生裂缝。这是目前工程中经常出现的一个问题，应给与足够的重视。,2.混凝土的温度变形 混凝土和其它材料一样，也,42,2.2.4,混凝土和钢筋的粘结作用,Bond of Concrete and Reinforcement,在钢筋混凝土结构中，钢筋和混凝土之所以能共同工作，主要原因在于钢筋与混凝土之间存在粘结力。,粘结力：,钢筋与外围混凝土之间的相互作用，保证钢筋和混凝土共同工作。,例如：,钢筋与混凝土无粘结的梁：,s,s,=0,破坏犹如素混凝土梁,2.2.4混凝土和钢筋的粘结作用Bond of Con,43,s,s,=,常数,端部有锚固的无粘结梁：,破坏犹如二铰拱,ss=常数端部有锚固的无粘结梁：破坏犹如二铰拱,44,承受均布荷载的悬臂梁：,其钢筋未锚入支座。,钢筋不起任何作用，其破坏犹如素混凝土梁。,l,a,M,图,M,max,l,a,M,图,M,max,q,承受均布荷载的悬臂梁： 钢筋不起任何作用，其破,45,l,a,M,图,M,max,钢筋截断,f,y,A,s,承受均布荷载的悬臂梁：,钢筋锚入支座。,钢筋起承担拉力的作用，梁不会破坏。,laM图Mmax钢筋截断fyAs 承受均布荷载的悬臂梁,46,1.,钢筋与混凝土的粘结性能,粘结的概念,（,以轴拉构件开裂前的受力为例）,端部：,s,=N/A,s,；,c,=,0,，,可见在端部两种材料有较大的应变差。中部：应变差为,0,。,s,s,s,s,+,d,s,s,t,s,s,s,c,s,s,+,d,s,s,s,c,+d,s,c,1.钢筋与混凝土的粘结性能 粘结的概念（以轴拉构件开裂前,47,由上例可见：,钢筋与混凝土间具有足够的粘结是保证钢筋与混凝土共同受力变形的基本前提。,通过钢筋与混凝土界面的粘结应力,(,bond stress),，可以实现钢筋与混凝土之间的应力传递，从而使两种材料可以结合在一起共同工作。,粘结应力通常是指钢筋与混凝土界面间的剪应力，用符号,表示。,钢筋混凝土构件中钢筋应力存在变化的区段，就有粘结应力。,粘结应力的大小取决于钢筋与混凝土间的相对变形，这种变形又称为滑移。当无相对变形时，也就无粘结应力。,由上例可见：,48,开裂后，,裂缝处混凝土退出工作，应力,c,=,0,，,同时混凝土将试图恢复弹性变形，,裂缝处的混凝土与钢筋之间产生一个相对滑移，,由于钢筋与混凝土之间存在粘结力，钢筋将阻止混凝土回弹。,轴拉构件开裂后的受力情况,N,N,N,N,t,c,=,0,开裂后，裂缝处混凝土退出工作，应力c=0,49,锚固粘结作用,l,a,M,图,M,max,钢筋截断,粘结作用的分类,根据钢筋混凝土构件中钢筋受力情况的不同，粘结作用有两类：,在支座部位，,M,较大，为保证支座截面正常工作，受力钢筋必须深入支座一定锚固长度，通过该长度上粘结力的积累，使钢筋在支座截面发挥作用。如锚固长度不够，将会导致粘结破坏。,锚固粘结作用laM图Mmax钢筋截断粘结作用的分类,50,裂缝间（局部）粘结作用,钢筋的搭接也属于锚固粘结问题。,钢筋与钢筋之间的拉力是通过钢筋与混凝土之间的粘结应力来传递的，所以搭接的钢筋必须有一定的搭接长度,l,l,，才能保证钢筋内力的传递。,使裂缝间的混凝土参加工作,钢筋搭接,f,y,f,y,t,t,l,l,N,N,t,裂缝间粘结应力,裂缝间（局部）粘结作用 钢筋的搭接也属于锚固粘结问,51,钢筋与混凝土的粘结作用由三部分组成：,混凝土中水泥胶体与钢筋表面的,胶结力,；,混凝土收缩将钢筋握紧而产生的钢筋与混凝土间的,摩擦力,；,钢筋表面凹凸不平与周围混凝土之间的,机械咬合力,。,当钢筋与混凝土产生相对滑动后，胶结作用即丧失。,摩擦力的大小取决于握裹力和钢筋与混凝土表面的摩擦系数。,3,、粘结的机理,钢筋与混凝土的粘结作用由三部分组成： 当钢筋与混凝土产,52,由于光面钢筋表面的自然凹凸程度很小，机械咬合作用也不大。因此，,光面钢筋与混凝土的粘结强度是较低的。,为保证光面钢筋的锚固，,通常需在钢筋端部弯钩、弯折或加焊短钢筋以阻止钢筋与混凝土间产生较大的相对滑动。,光面钢筋的粘结锚固,对于光面钢筋，,表面轻度锈蚀有利于增加摩擦力，,但摩擦作用也很有限。,135,5d,D=,4d,5d,d,d,5d,d,d,由于光面钢筋表面的自然凹凸程度很小，机械咬合作用也不大。因,53,将钢筋表面轧制出肋形成带肋钢筋，即变形钢筋，可显著增加钢筋与混凝土的机械咬合作用，从而大大增加了粘结强度。,对于强度较高的钢筋，均需作成变形钢筋，以保证钢筋与混凝土间具有足够的粘结强度使钢筋的强度得以充分发挥。,变形钢筋的粘结锚固,将钢筋表面轧制出肋形成带肋钢筋，即变形钢筋，可显著增加,54,变形钢筋受力后，其凸出的肋对混凝土产生斜向挤压力；,其水平分力使钢筋周围的混凝土轴向受拉、受剪，径向分力使混凝土产生环向拉力；,轴向拉力和剪力使混凝土产生内部斜向锥形裂缝；,环向拉力使混凝土产生内部径向裂缝。,变形钢筋受力后，其凸出的肋对混凝土产生斜向挤压力；,55,混凝土结构设计原理ch2混凝土课件,56,拔出试验,Pull out test,平均粘结强度,t,u,：粘结破坏（钢筋拔出或混凝土劈裂）时钢筋与混凝土界面上的最大平均粘结应力,4,、粘结强度,Bond Strength,F,d,自由端,加载端,套管,100,5,d,23,d,d,l,F,=s,s,A,s,t,u,锚固长度拔出试验,粘结强度拔出试验,F,=s,s,A,s,拔出试验 Pull out test平均粘结强度tu ：,57,混凝土结构设计原理ch2混凝土课件,58,影响粘结强度的主要因素,Influence factors,混凝土强度,：,光面钢筋和变形钢筋的粘结强度均随混凝土强度的提高而增加，但并不与立方体强度,f,cu,成正比，而与抗拉强度,f,t,成正比；,混凝土强度,、,保护层厚度和钢筋净间距,、,横向配筋,、,钢筋表面和外形特征,、,受力情况及锚固长度。,保护层厚度和钢筋净间距,：,对于变形钢筋，粘结强度主要取决于劈裂破坏。因此相对保护层厚度,c/d,越大，混凝土抵抗劈裂破坏的能力也越大，粘结强度越高。同理，钢筋净距,s,与钢筋直径,d,的比值,s/d,越大，粘结强度也越高。,影响粘结强度的主要因素 Influence factors,59,横向配筋,：,横向钢筋的存在限制了径向裂缝的发展，使粘结强度得到提高,钢筋表面和外形特征,：,光面钢筋表面凹凸较小，机械咬合作用小，粘结强度低；,由于变形钢筋的外形参数不随直径成比例变化，对于直径较大的变形钢筋，肋的相对受力面积减小，粘结强度也有所减小；,受力情况,：,在锚固范围内存在侧压力可提高粘结强度。,横向配筋：横向钢筋的存在限制了径向裂缝的发展，使粘结强度得,60,锚固长度,：,锚固长度较大时，平均粘结强度较小，但总粘结力随锚固长度的增加而增大。当锚固长度增加达到一定值，钢筋受拉达到屈服（强度充分发挥）时未产生粘结破坏，该临界情况的锚固长度称为基本锚固长度,l,a,。,d,l,a,F,=s,s,A,s,t,u,锚固长度拔出试验,F,=s,s,A,s,8.3.1,钢筋锚固的外形系数, 锚固长度：dlaF=ssAstu锚固长度拔出试验F=ss,61,混凝土结构设计原理ch2混凝土课件,62,混凝土结构设计原理ch2混凝土课件,63,混凝土结构设计原理ch2混凝土课件,64,混凝土结构设计原理ch2混凝土课件,65,1,、混凝土结构使用的钢筋分为几类？其应力应变,曲线的特点是什么？,2,、钢筋的强度指标和塑性指标各有哪些？设计时，钢筋,强度如何取值？,3,、什么是混凝土的立方体抗压强度？混凝土强度等级如,何划分？,4,、试分析混凝土复合受力时的强度变化规律。,5,、混凝土单轴短期加载应力,-,应变曲线的特点？混凝土试,件的峰值应变和极限压缩应变各指什么？混凝土的弹性模,量如何确定？,6,、什么是混凝土的徐变变形？其影响因素有哪些？,7,、钢筋与混凝土的粘接强度一般有哪几部分组成？影响粘结强度的主要因素有哪些？,复习思考题,1、混凝土结构使用的钢筋分为几类？其应力应变复习思考题,66,2,、混凝土若处于三向应力作用下，当（ ）。,A.,横向受拉，纵向受压，可提高抗压强度,B.,横向受压，纵向受拉，可提高抗压强度,C.,三向受压会降低抗压强度,D.,三向受压能提高抗压强度,3,、钢筋混凝土轴心受压构件，由于混凝土的收缩，,将使构件截面产生应力重分布，即构件中（ ）。,A,混凝土的应力增加，钢筋的应力减小,B,混凝土的应力减小，钢筋的应力增加,C,混凝土和钢筋的应力均减小,D,混凝土的应力增加，钢筋的应力增加,1,、混凝土强度等级为,C30,，即,为,30N/mm,2,，,它具有,保证率。,练习题,2、混凝土若处于三向应力作用下，当（ ）。1、混凝土强度等,67,